锅炉两侧墙上设有预燃室燃烧器的燃烧系统及燃烧方法

1.本发明涉及电站锅炉燃烧技术领域，具体涉及锅炉两侧墙上设有预燃室燃烧器的燃烧系统及燃烧方法。


背景技术：

2.目前，电站煤粉锅炉仍然是我国主要的电力来源，中国“十四五”电力发展规划研究中提出了我国要严控东中部煤电新增规模并淘汰落后产能、同时开展煤电灵活性改造，将煤电从电量型能源向电力型电源功能转变。煤粉锅炉需要灵活适应电力需求，经常需要在低负荷下运行。因此，保证锅炉在低负荷下稳定运行是目前电站煤粉锅炉运行中亟待解决的问题。
3.预燃室燃烧器可以极大改善上述问题。因为预燃室燃烧器的预燃室截面热负荷大，燃煤燃烧后释放的热量使预燃室内温度迅速升高，并保持高温，有良好的着火和燃烧性能。利用预燃室燃烧器能够实现低负荷稳燃，在不投油情况下，最低负荷可以降低到10％～30％，大大提高机组的调峰能力并保障运行安全。
4.煤粉锅炉目前为我国的主要no
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污染源。国家环境保护部于2014年5月16日颁布的《锅炉大气污染物排放标准》(gb13271
‑
2014)中明确规定了7mw以上的在用燃煤热水锅炉自2015年10月1日起，no
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排放量不得超过400mg/m3；对于重点区域，no
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排放量更是不得超过200mg/m3。因此控制电站煤粉锅炉的no
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排放刻不容缓。
5.实用新型专利《一种电站锅炉双切圆和对冲相结合的燃烧器布置结构》(中国专利号为zl201420586490.3，授权公告日为2015年3月18日，申请公布号为cn204213909u，下称“文件一”)，该专利将对冲和切圆两种布置方式应用于电站锅炉上，可以解决大容量发电机组锅炉燃烧稳定性、经济性较低和no
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排放量大等问题。但“文件一”每层燃烧器超过8只，每层燃烧器的负荷高，无法实现超低负荷稳燃，并且“文件一”采用两种燃烧器结构，系统组成更复杂。实用新型专利《一种谷电蓄热集成装置》(专利号为zl201921492578.8，授权公告号为cn211425164u，授权公告日为2020年9月4日，下称“文件二”)通过石蜡的相变方法进行储能，实现谷电蓄热集成装置，达到适应电网负荷的目的。发明专利《一种蓄热电站及其供热与发电方法》(专利号为zl201610839580.2，授权公告号为cn106338213a，授权公告日为2017年1月18日，下称“文件三”)，该发明通过电加热熔融盐的方法来储存“谷期发电”，从而缓解电网峰谷差。但是“文件二”和“文件三”存在使用设备多，实施方式复杂，不同形式能量转化过程中效率低的问题，投资大。


技术实现要素：

6.本发明为了解决目前电站煤粉锅炉低负荷稳燃能力差、no
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排放高的问题，进而提出锅炉两侧墙上设有预燃室燃烧器的燃烧系统及燃烧方法。
7.本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
8.锅炉两侧墙上设有预燃室燃烧器的燃烧系统包括炉膛、两组主燃烧器机构和两组
预燃室燃烧器机构，两组主燃烧器机构相对设置在炉膛的两侧墙上，两组预燃室燃烧器机构相对设置在炉膛的另外两侧墙上。
9.锅炉两侧墙上设有预燃室燃烧器的燃烧方法包括如下步骤：
10.锅炉启动时，首先将预燃室燃烧器点火，预燃室燃烧器持续运行，高浓度煤粉通过给粉机通入预燃室燃烧器内，煤粉气流占预燃室内风率的20％以下，预燃室燃烧器的火焰将冷炉加热，直至炉膛内烟气温度达到既定值，此时，主燃烧器处于停运状态，降低主燃烧器出口温度，炉膛内烟温达到既定值后，锅炉启动状态结束，此时，预燃室燃烧器逐个关闭，主燃烧器逐个开启，降低预燃室燃烧器出口温度；
11.锅炉满负荷运行时，全部预燃室燃烧器3均处于停运状态，再循环烟气管的控制阀门开启，再循环烟气量为总烟气量的20％～25％；
12.当锅炉负荷达到20％以下超低负荷运行时，主燃烧器停运，预燃室燃烧器投运，同时降低主燃烧器出口温度，预燃室燃烧器的再循环烟气管控制阀门关闭，空气阀门开启，高浓度煤粉通过给粉机通入预燃室燃烧器内，煤粉气流占预燃室内风率的20％以下，煤粉气流中煤粉质量流量与输送煤粉的空气质量流量比为1.5：1～2.5：1，通过内二次叶片和外二次风叶片形成的旋转气流，在预燃室内部级预燃室外部卷吸高温烟气，形成贫氧富燃料的高温回流区；
13.当锅炉20％超低负荷运行结束后，锅炉需要升负荷，预燃室燃烧器逐个停运，主燃烧器逐个开始运行，同时降低预燃室燃烧器出口温度。
14.本发明与现有技术相比包含的有益效果是：
15.一、本发明能够解决超低负荷稳燃能力差的问题
[0016]“文件一”中该专利将对冲和切圆两种布置方式应用于电站锅炉上，可以解决大容量发电机组锅炉燃烧稳定性和经济性较低的问题，但“文件一”所述技术方案每层设置超过8支燃烧器，运行时需要负荷较高，不能达到锅炉超低负荷稳燃效果。并且“文件一”采用两种燃烧器结构，系统组成更复杂。本发明中使用的燃烧器为预燃室燃烧器，可以实现高浓度给粉，在预燃室受限绝热空间内维持高温，旋流燃烧器出口的旋转气流有助于在预燃室内和预燃室出口位置形成回流区，能够保证低负荷和超低负荷条件稳燃，提高燃烧效率。本发明中使用的预燃室燃烧器已经在辽宁某厂投入使用，能够在额定负荷的10％的情况下保证稳燃，负荷调节比可以达到10。正常负荷运行时，停运预燃室燃烧器，在低负荷运行时，投运预燃室燃烧器，可以使锅炉稳定运行负荷范围大大增加。
[0017]
二、本发明不需要储能设备就可以灵活适应电网需求
[0018]“文件二”和“文件三”分别通过石蜡相变和电加热熔融盐的方法来储存“谷期发电”，不是通过改变燃烧组织方式解决灵活调峰的问题的，“文件二”和“文件三”这种调峰方式实施过程复杂，需要专门的设备，整个储能和释放过程能量转化效率低。本发明所述方案采用预燃室燃烧器替换电站锅炉中的部分燃烧器，通过改善燃烧组织方式就可以实现锅炉在超低负荷、低负荷下稳定运行，适用范围广，改造成本和运行成本低。
[0019]
三、本发明能够有效减少no
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排放量
[0020]“文件一”虽然能够降低部分no
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排放，但炉膛出口总的no
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排放量仍然较高。而本专利将部分原有燃烧器替换为预燃室燃烧器，另外本专利预燃室燃烧器与高浓度给粉装置连接，可实现高浓度给粉，在预燃室内形成富燃料贫氧环境，有助于减少挥发分固体燃料n的
释放，可以降低炉膛出口no
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排放。本发明中使用的预燃室燃烧器已经在辽宁某厂投入使用，不投运脱硝装置情况下，锅炉尾部no
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排放低于150mg/m3。
附图说明
[0021]
图1是锅炉两侧墙上设有预燃室燃烧器的燃烧系统的俯视示意图；
[0022]
图2是当n＝3时，锅炉两侧墙上设有预燃室燃烧器的燃烧系统的俯视示意图主视示意图；
[0023]
图3是当n＝2时，锅炉两侧墙上设有预燃室燃烧器的燃烧系统的俯视示意图主视示意图；
[0024]
图4是当n＝1时，锅炉两侧墙上设有预燃室燃烧器的燃烧系统的俯视示意图主视示意图；
[0025]
图5是本发明中预燃室燃烧器3的结构示意图。
具体实施方式
[0026]
具体实施方式一：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述锅炉两侧墙上设有预燃室燃烧器的燃烧系统包括炉膛1、两组主燃烧器机构和两组预燃室燃烧器机构，两组主燃烧器机构相对设置在炉膛1的两侧墙上，两组预燃室燃烧器机构相对设置在炉膛1的另外两侧墙上。
[0027]
所述锅炉为电站锅炉，具体为对冲式燃煤锅炉。
[0028]
具体实施方式二：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式每组预燃室燃烧器机构包括给粉机4、再循环烟气管5、储粉仓6和多个预燃室燃烧器3，多个预燃室燃烧器3均布设置在炉膛1侧墙的底部，储粉仓6的出粉端与给粉机4的进粉端连接，给粉机4的出粉端通过送粉管分别与多个预燃室燃烧器3连接，送粉管上设置有再循环烟气管5，再循环烟气管5上设置有控制阀门。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一相同。
[0029]
如此设计预燃室燃烧器3与给粉机4单独连接，可实现高浓度给粉，预燃室燃烧器3停运时，通入再循环烟气或空气，防止预燃室燃烧器烧损。
[0030]
由给粉机4、储粉仓6组成的给粉系统可以实现高浓度给粉，煤粉气流中煤粉质量流量与输送煤粉的空气质量流量比可以达到1.5：1～2.5：1。
[0031]
具体实施方式三：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式每组预燃室燃烧器机构中的多个预燃室燃烧器3均布设置为n层，其中n为正整数，n层预燃室燃烧器3由下至上逐层布置在炉膛1的侧墙上，其中最下层预燃室燃烧器3设置在侧墙最底部。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一或二相同。
[0032]
具体实施方式四：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式每组预燃室燃烧器机构中的每层预燃室燃烧器3中包括四个均布设置的预燃室燃烧器3。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式三相同。
[0033]
具体实施方式五：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式每组预燃室燃烧器机构中的n层预燃室燃烧器3，1≤n≤3。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式三相同。
[0034]
如此设计预燃室燃烧器3的布置方式有三种，当n＝1时，预燃室燃烧器3布置在侧
墙最底层，每层4个预燃室燃烧器3等距布置，两侧墙的预燃室燃烧器3正对布置；
[0035]
当n＝2时，预燃室燃烧器3布置在侧墙底下两层，每层4个预燃室燃烧器3等距布置，两侧墙的预燃室燃烧器3正对布置；
[0036]
当n＝3时，当n＝2时，燃烧器3布置在整个侧墙，共三层，每层4个预燃室燃烧器3等距布置，两侧墙的预燃室燃烧器3正对布置。
[0037]
具体实施方式六：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述预燃室燃烧器3的功率可调。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式二、四或五相同。
[0038]
具体实施方式七：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述预燃室燃烧器3包括旋流燃烧器7和预燃室8，旋流燃烧器7设置在预燃室8上。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式六相同。
[0039]
所述预燃室8由耐高温绝热材料制成。
[0040]
具体实施方式八：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述旋流燃烧器7包括由内至外依次同轴设置的一次风管7
‑
1、内二次风管7
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2和外二次风管7
‑
3，内二次风管7
‑
2中设置有内二次风叶片7
‑
4，外二次风管7
‑
2中设置有外二次风叶片7
‑
5，内二次风叶片7
‑
4和外二次风叶片7
‑
5均为轴向叶片。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式七相同。
[0041]
具体实施方式九：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式每组主燃烧器机构包括多个主燃烧器2，多个主燃烧器2均分为三层设置在炉膛1侧墙的底部，每层主燃烧器2中包括四个均布设置的主燃烧器2。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一相同。
[0042]
所述两侧墙的主燃烧器2正对布置。
[0043]
具体实施方式十：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述锅炉两侧墙上设有预燃室燃烧器的燃烧方法包括如下步骤：
[0044]
锅炉启动时，首先将预燃室燃烧器3点火，预燃室燃烧器3持续运行，高浓度煤粉通过给粉机4通入预燃室燃烧器3内，煤粉气流占预燃室内风率的20％以下，预燃室燃烧器3的火焰将冷炉加热，直至炉膛1内烟气温度达到既定值，此时，主燃烧器2处于停运状态，降低主燃烧器2出口温度，炉膛1内烟温达到既定值后，锅炉启动状态结束，此时，预燃室燃烧器3逐个关闭，主燃烧器2逐个开启，降低预燃室燃烧器3出口温度；
[0045]
锅炉满负荷运行时，全部预燃室燃烧器3均处于停运状态，再循环烟气管5的控制阀门开启，再循环烟气量为总烟气量的20％～25％；
[0046]
当锅炉负荷达到20％以下超低负荷运行时，主燃烧器2停运，预燃室燃烧器3投运，同时降低主燃烧器2出口温度，预燃室燃烧器3的再循环烟气管5控制阀门关闭，空气阀门开启，高浓度煤粉通过给粉机4通入预燃室燃烧器3内，煤粉气流占预燃室内风率的20％以下，煤粉气流中煤粉质量流量与输送煤粉的空气质量流量比为1.5：1～2.5：1，通过内二次叶片7
‑
4和外二次风叶片7
‑
5形成的旋转气流，在预燃室内部级预燃室3外部卷吸高温烟气，形成贫氧富燃料的高温回流区；
[0047]
当锅炉20％超低负荷运行结束后，锅炉需要升负荷，预燃室燃烧器3逐个停运，主燃烧器2逐个开始运行，同时降低预燃室燃烧器3出口温度。
[0048]
锅炉启动工况中，主燃烧器2处于停运状态时，降低主燃烧器2出口温度的原因是
为防止炉膛1内烟温过高烧损主燃烧器2出口。
[0049]
所述锅炉启动工况中，主燃烧器2处于停运状态时，降低主燃烧器2出口温度的方式为：主燃烧器2的空气阀门并没有完全关闭，所有主燃烧器2内通入风量占总风量的20％～30％。
[0050]
锅炉启动工况中，锅炉启动状态结束时，降低预燃室燃烧器3出口温度的原因是为防止预燃室燃烧器3被炉膛1的高温烟气烧损。
[0051]
所述锅炉启动工况中，锅炉启动状态结束时，降低预燃室燃烧器3出口温度的方式为：预燃室燃烧器3的空气阀门完全关闭，再循环烟气管5的控制阀门开启，持续向预燃室燃烧器3内输送再循环烟气降低预燃室燃烧器内3出口温度。
[0052]
锅炉负荷达到20％以下超低负荷运行工况中，降低主燃烧器2出口温度的原因是为了防止主燃烧器2停运时被炉膛1的高温烟气烧损。
[0053]
所述锅炉负荷达到20％以下超低负荷运行工况中，降低主燃烧器2出口温度的方式为：超低负荷运行时，主燃烧器2空气阀门并未完全关闭，所有主燃烧器2内通入风量占总风量的20％～30％。
[0054]
当锅炉20％超低负荷运行结束后，锅炉需要升负荷，锅炉正常负荷运行时，预燃室燃烧器3逐个停运，主燃烧器2逐个开始运行，同时降低预燃室燃烧器3出口温度。
[0055]
锅炉正常负荷运行工况中，降低预燃室燃烧器3出口温度的原因是为了避免预燃室燃烧器3被炉膛高温烟气烧损。
[0056]
所述锅炉正常负荷运行工况中，降低预燃室燃烧器3出口温度的方式为：再循环烟气管5的控制阀门开启，持续向预燃室燃烧器3内通入再循环烟气，再循环烟气量为总烟气量的20％～25％；或者开启预燃室燃烧器3的空气阀门，关闭再循环烟气管5的控制阀门，此时所有预燃室燃烧器内3风量占总风量的20％～25％。
[0057]
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。